MÔ PHỎNG CƠ CẤU HỘP CHẠY DAO MÁY TIỆN ĐA NĂNG PHỤC VỤ GIẢNG DẠY VẼ KỸ THUẬT CƠ KHÍ

Đối với sinh viên ngành cơ khí, việc tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý hoạt động của các loại máy công cụ nói chung, máy tiện nói riêng là một trong nhưng yêu cầu cần thiết giúp người học có t

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM

KHOA CƠ SỞ CƠ BẢN

THUYẾT MINH

ĐỀ TÀI NCKH CẤP TRƯỜNG

ĐỀ TÀI

MÔ PHỎNG CƠ CẤU HỘP CHẠY DAO MÁY TIỆN ĐA NĂNG PHỤC

VỤ GIẢNG DẠY VẼ KỸ THUẬT CƠ KHÍ

Chủ nhiệm đề tài : Vũ Quyết Thắng Thành viên tham gia: Lê Thị Mai

Hải Phòng, tháng 5 / 2016

1

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 3

1 Tính cấp thiết của đề tài 3

2 Mục đích nghiên cứu 4

3 Đối tượng nghiên cứu, phạm vi nghiên cứu 4

4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 4

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ MÁY TIỆN VÀ TẦM QUAN TRỌNG CỦA MÁY TIỆN 5

1.1 Máy tiện 5

1.1.1 Tổng quan về máy tiện 5

1.1.2 Kết cấu máy tiện 5

3.1.3 Nguyên lý hoạt động máy tiện 9

1.2 Những khó khăn khi học về máy tiện 10

Chương 2 PHẦN MỀM MÔ PHỎNG 11

2.1 Phương pháp mô phỏng 11

2.1.1 Khái niệm 11

2.1.2 Đặc điểm khi sử dụng phương pháp mô phỏng trong dạy học 11

2.2 Các phần mềm mô phỏng 12

2.2.1 Phần mềm Catia 12

2.2.2 Phần mềm Unigraphic NX 13

2.2.3 Phần mềm Solidwworks 14

2.2.4 Phần mềm Autodesk Inventor 15

2.3 Phân tích lựa chọn phần mềm mô phỏng 15

2.4 Xây dựng quy trình thực hiện bài giảng mô phỏng giảng dạy hộp tốc độ máy tiện 15

2

Chương 3 MÔ HÌNH HÓA, MÔ PHỎNG MÁY TIỆN 17

3.1 Mô hình hóa hộp chạy dao máy tiện 17

3.1.1 Mô hình hóa kế cấu hộp chạy dao 17

3.1.2 Mô phỏng nguyên lý hoạt động 31

3.2 Ứng dụng mô phỏng vào giảng dạy 32

3.2.1 Yêu cầu 32

3.2.2 Khi không sử dụng mô phỏng 32

3.3.3 Sử dụng phương pháp mô phỏng 35

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 36

TÀI LIỆU THAM KHẢO 37

3

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Trong ngành cơ khí cắt gọt thì máy tiện được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay, thường nó chiếm khoảng 50% đến 60% các máy công cụ trong các phân xưởng cơ khí [1]

Đối với sinh viên ngành cơ khí, việc tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý hoạt động của các loại máy công cụ nói chung, máy tiện nói riêng là một trong nhưng yêu cầu cần thiết giúp người học có thể nắm bắt quy trình công nghệ, các bước nguyên công trong sản xuất chế tạo các sản phẩm cơ khí Để hiểu được kết cấu của máy tiện, nguyên lý hoạt động và cách vận hành máy nhằm có thể sửa chữa, cải tiến thì người học cần được trang bị đầy đủ cả về kiến thức và kỹ năng sử dụng Trong quá trình học tập nghiên cứu người học cần được thực hành, được quan sát máy tiện, quan sát các kết cấu cơ bản của máy và nhìn thấy sự hoạt động của máy Do vậy đòi hỏi đầu tư cho thiết bị thí nghiệm của môn học này lớn Mặt khác để người học

có thể hiểu được các kiến thức của môn học này đòi hỏi người học phải có khả năng tưởng tượng tốt Vì vậy để có thể học tập tốt môn này chúng ta phải xây dựng một phương pháp giảng dạy cũng như phương pháp học một cách phù hợp Một trong những phương pháp phù hợp đó là phương pháp học tập chủ động, nó sẽ tăng khả năng tiếp thu của người học Theo một số nghiên cứu thấy rằng khả năng tiếp thu kiến thức của người học tăng lên khi được kết hợp nhiều giác quan vào hoạt động học tập Giảng dạy lý thuyết kết hợp với mô phỏng hình ảnh chính là tổ chức các hoạt động học tập đa dạng và phong phú giúp làm tăng khả năng tiếp thu kiến thức của người học

Với mục đích nâng cao tính thực tế của môn học, có thể truyền đạt một cách nhanh nhất dễ hiểu dễ nhớ nhất đối với người học, nhóm tác giả đã nghiên cứu và

thực hiện đề tài “Mô phỏng hộp chạy giao máy tiện đa năng phục vụ giảng dạy

vẽ kỹ thuật cơ khí”

4

2 Mục đích nghiên cứu

Tạo hình ảnh trực quan, sinh động giúp nâng cao tính thực tế của môn học từ

đó nâng cao chất lượng học tập cho sinh viên ngành kỹ thuật cơ khí

Đưa ra quy trình xây dựng một tài liệu giảng theo phương pháp mô phỏng

3 Đối tượng nghiên cứu, phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu:

Nghiên cứu các phương pháp giảng dạy

Nghiên cứu máy tiện đa năng

Nghiên cứu các phần mềm CAD

Phạm vi nghiên cứu:

Mô phỏng các chi tiết

Mô hình hóa hộp tốc độ của máy tiện đa năng

Mô phỏng nguyên lý hoạt động hộp tốc độ của máy tiện đa năng

4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Xây dựng tài liệu giảng dạy trực quan cho sinh viên ngành kỹ thuật cơ khí Đưa ra quy trình thực hiện bài giảng theo phương pháp mô phỏng

Đánh giá được ưu nhược điểm của phương pháp mô phỏng khi giảng dạy về

vẽ kỹ thuật cơ khí

5

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ MÁY TIỆN VÀ TẦM QUAN TRỌNG CỦA

MÁY TIỆN 1.1 Máy tiện

1.1.1 Tổng quan về máy tiện

Máy tiện là loại máy cắt kim loại được sử dụng rộng rãi nhất trong ngành cơ khí cắt gọt Thường nó chiếm khoảng 50% đến 60% trong các phân xưởng cơ khí Máy tiện vạn năng làm được các việc sau:

gia công các mặt tròn xoay ngoài và trong

gia công mặt đầu, ta rô và cắt răng

gia công các mặt không tròn xoay với các đồ gá phụ trợ [1]

1.1.2 Kết cấu máy tiện

Máy tiện bao gồm: (hình 1.1)

Kết cấu mặt cắt ngang thân máy thường dung hình 1.3

6

Hình 1 1 Máy tiện 1K62

7

Hình 1 2 Thân máy tiện

Hình 1 3 Mặt cắt ngang thân máy tiện

* Bộ phận di động và điều chỉnh được gồm có hộp xe dao, bàn dao, ụ động

có thể trượt trên sống trượt của thân máy, sống trượt ngang của ụ động và bàn dao [1] Kết cấu hộp chạy dao máy tiện như hình 1

8

Hình 1 4 Kết cấu hộp tốc độ máy tiện

9

Kết cấu cụm trục chính máy tiện (hình 1.5)

Cụm trục chính máy tiện đa năng là một trong những chi tiết quan trọng vì

nó quyết định đến độ chính xác của các chi tiết khi gia công Nếu trục chính máy công cụ không đảm bảo về độ bền thì sẽ bị cong vênh khi chịu lực cắt, dẫn đến sai sót trong gia công các chi tiết vì vậy việc tính toán để đảm bảo yêu cầu đối với trục chính máy công cụ là một nhiệm vụ quan trọng

Hình 1 5 Cụm trục chính máy tiện

3.1.3 Nguyên lý hoạt động máy tiện

Mối liên hệ giữa các chi tiế và tổ hợp các chuyển động tạo hình liên kết với nhau trên máy tiện được biểu diễn qua sơ đồ kết cấu động học (Hình 1.6) Quá trình gia công tạo bề mặt chi tiết của máy tiện được thực hiện nhờ chuyển động quay tròn của phôi(phôi được gắn vào trục chính) và quá trình chuyển động tịnh tiến của dao tiện

Trục chính chuyển động ở các cấp tốc độ khác nhau là nhờ sự ăn khớp của các cặp bánh răng trong hộp tốc độ, sự thay đổi các cấp tốc độ nhờ sự di chuyển trượt của các bánh răng Để tạo ra chuyển động tạo hình theo ý muốn thì bàn máy phải chuyển động theo quy luật, để thực hiện chuyển động đó thì hộp chạy dao máy tiện được chế tạo bởi các cặp bánh răng ăn khớp với nhau với độ chính xác cao [1]

10

Hình 1 6 Sơ đồ kết cấu động học máy tiện ren vít vạn năng

1.2 Những khó khăn khi học về máy tiện

Máy tiện là một trong những máy có hệ thống truyền động khá phức tạp, sự điều chỉnh các tốc độ của trục chính được thực hiện nhờ sự ăn khớp của các cặp bánh răng, kết cấu máy tiện gồm nhiều trục, nhiều bánh răng, hệ thống điều khiển

là những cơ cấu đặc biệt Trên máy tiện có nhiều kết cấu cơ khí đặc thù, do vậy khi học về máy tiện, nếu chỉ đọc bản vẽ 2D không được nhìn trực tiếp thì người học rất khó hình dung ra được kết cấu, phương thức hoạt động của máy

Khi học về máy tiện nếu người học được quan sát, được vận hành máy để xem phương thức hoạt động cũng như tìm hiểu kết cấu các chi tiết, cấu tạo của máy thì khả năng ghi nhớ của người học sẽ rất cao, tuy nhiên với điều kiện thiếu thốn về cơ sở vật chất, việc học tập như vậy sẽ đòi hỏi vốn đầu tư lớn, để người học có được cái nhìn gần sát với thực tế mà vẫn giải quyết được vấn đề kinh tế thì giải pháp tốt nhất là dùng các video mô phỏng để giảng dạy, học tập về máy tiện cũng như các máy móc công cụ

Hình 2 1 Sơ đồ phương pháp mô phỏng

2.1.2 Đặc điểm khi sử dụng phương pháp mô phỏng trong dạy học

Sử dụng mô phỏng trong giảng dạy học tập sẽ có nhiều điểm mạnh

- sử dụng các hình ảnh động mô phỏng hình ảnh các chi tiết cũng như mô tả các chuyển động giống như thực tế của các chi tiết

- phát huy tối đa khả năng của người giảng dạy nâng cao hiệu quả giảng dạy

- giúp người học nhanh chóng nắm vững kiến thức rút ngắn thời gian học tập

Như vậy áp dụng mô phỏng vào giảng dạy vẽ kỹ thuật cơ khí là hoàn toàn phù hợp

Tuy nhiên phương pháp đòi hỏi phải thực hiện các mô phỏng bằng phần cứng hoặc phần mềm sau đó thực hiện các sử lý sư phạm trên mô phỏng để có thể thực hiện giảng dạy trên mô hình Như vậy một trong những yếu tố không thể thiếu

12

trong mô phỏng đó là các công cụ mô phỏng, với sự phát triển của công nghệ thông tin rất nhiều các phần mềm mô phỏng đã được phát triển và giúp người nghiên cứu cũng như người học nhanh chóng tìm hiểu vấn đề Ở nước ta các phần mềm hỗ trợ mô phỏng trong lĩnh vực cơ khí khá phát triển, có thể kể đến các phần mềm như Autodesk Inventor, Solidworks, Catia, Unigraphic NX

2.2 Các phần mềm mô phỏng

2.2.1 Phần mềm Catia

Phần mềm Catia là một phần mềm CAD/CAM/CAE hoàn chỉnh, được ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực cơ khí chế tạo

Khả năng của Catia

- Thiết kế các chi tiết, các sản phẩm cơ khí

- Lắp ráp các chi tiết cơ khí thành cụm chi tiết,hoặc các sản phẩm cơ khí hoàn chính

- Tạo các bản vẽ lắp từ các chi tiết đã được thiết kế từ trước

- Thực hiện quá trình công nghệ trong chế tạo chi tiết trong gia công các sản phẩm

Phạm vi ứng dụng của Catia

Catia có phạm vi ứng dụng rộng lớn, trong tất cả các lĩnh vực,từ cơ khí đến xây dựng, đóng tàu điện, điện tử …

Các modul của phần mềm [7]

Mechanical Deigsn: thiết kế các chi tiết cơ khí, các chi tiết bất kỳ

Shape Design and Styling: thiết kế các bề mặt, có thể thiết kế các bề mặt bất

kỳ, như bề mặt vỏ ô tô, máy bay, tàu thủy

Analysis: Tính toán kiểm tra độ bền các chi tiết, thực hiện các bài toán cơ

học chất rắn, cơ học chất lỏng, phân tích các quá trình công nghệ như đúc, cắt gọt

13

Plant Engineering: Cho phép thiết kế dây chuyền sản xuất.mặt bằng sản xuất nhà xưởng

CATIA: là phần mềm rất mạnh nó giải quyết nhiều bài toán như:

Thiết kế các sản phẩm cơ khí: thiết kế khuôn, thiết kế tàu thuỷ, ô tô, máy bay, các dạng tấm vỏ…

Thiết kế các kiểu dáng hình học 3D với những mặt cong bất kỳ

Phân tích kết cấu bằng phương pháp phần tử hữu hạn (FEM)

Unigraphic NX là một phần mềm CAD/CAM/CAE mạnh giúp người dùng

mô phỏng các chi tiết, sản phẩm nhanh, chính xác và hiệu quả [8]

Khả năng của Unigraphic NX [8]

- Phần mềm có các khả năng như phần mềm Catia,có thể nói Catia và Unigraphic NX là hai sản phẩm có tính năng tương đồng nhau, Unigraphic NX có thể thực hiện các công việc sau:

- Thiết kế các chi tiết, các sản phẩm cơ khí

- Lắp ráp các chi tiết cơ khí thành cụm chi tiết,hay sản phẩm cơ khí hoàn chính

- Tạo các bạn vẽ chi tiết, bản vẽ lắp từ các chi tiết đã được thiết kế từ trước

- Thực hiện quá trình công nghệ trong chế tạo chi tiết trong gia công các sản phẩm

Các mô đun của phần mềm

Bao gồm 7 mô đun

Model

Là mô đun giúp người sử dụng tạo các các khối hình học, các chi tiết máy dưới dạng 3D

14

Mô đun này gồm 9 lựa chọn nhỏ cho người sử dụng

Black: Tạo chi tiết từ một file thiết kế trắng

Thiết kế các chi tiết theo các tiêu chuẩn

Mechantronics Concept Design

Chức năng của phần mềm

- Thiết kế các chi tiết cơ khí

- Lắp rắp các chi tiết cơ khí

- Tạo bạn vẽ 2D từ các chi tiết cơ khí

15

2.2.4 Phần mềm Autodesk Inventor

Autodesk Inventor là phần mềm CAD được sử dụng để thiết kế các chi tiết

cơ khí, đặc biệt là các chi tiết máy tiêu chuẩn

Tương tự như phần mềm CAD khác, Autodesk Inventor có các khả năng sau:

- Thiết kế các chi tiết

- Tinh toán thiết kế các chi tiết máy tiêu chuẩn

- Lắp ráp các chi tiết

- Tạo bản vẽ 2D

- Tạo khuôn mẫu

2.3 Phân tích lựa chọn phần mềm mô phỏng

Từ yêu cầu, mục đích của đề tài là tạo ra các hình ảnh, các hoạt cảnh để kích thích sự ghi nhớ của người học khi học tập nghiên cứu học phần vẽ kỹ thuật cơ khí, khi phân tích tính năng của các phần mềm thấy phần mềm Autodesk Inventor là một phần mềm mạnh trong mô phỏng các chi tiết máy, có thể nhanh chóng giúp người thực hiện tạo ra các mô hình, cũng như tạo các chuyển động một cách tốt nhất, từ những phân tích trên, tác giả đã sử dụng Autodesk Inventor để thực hiện

16

Hình 2 2 Sơ đồ tổ chức giảng dạy theo phương pháp mô phỏng

Đối tượng nghiên cứu:

Hôp tốc độ máy

tiện

• Nghiên cứu nguyên lý làm việc

• Nghiên cứu kết cấu của máy tiện

17

Chương 3 MÔ HÌNH HÓA, MÔ PHỎNG MÁY TIỆN

3.1 Mô hình hóa hộp chạy dao máy tiện

3.1.1 Mô hình hóa kế cấu hộp chạy dao

a Mô hình hóa bánh răng

Sử dụng chức năng Design Accelerator, chọn Gear để mô hình hóa bánh răng, tại hộp thoại Gear Component Generator, mục Design người làm khai báo các thông số như mô đun, số răng, tỷ số truyền … (hình 3.1), mục Caculator để tính toán bánh răng (hình 3.2)

18

Hình 3 1 Hộp thoại Spur Gear Component Generator, tap Design

20

Hình 3 3 Hộp thoại Shaft Component Generator tap Design

21

Hình 3 4 Hộp thoại Shaft Component Generator tap Caculator

Hình 3 5 Hộp thoại Shaft Component Generator tap Graphs

22

c Mô hình hóa vỏ hộp tốc độ và các chi tiết khác

Sử dụng các công cụ tạo hình của phần mềm để mô hình hóa các chi tiết, mô hình hóa vỏ hộp tốc độ, các cơ cấu điều khiển… (hình 3.6)

Hình 3 6 Mô hình hóa các chi tiết khác

d Lắp ráp các chi tiết

Sử dụng các công cụ ở môi trường Assembly để gắn kết các chi tiết lại với nhau thu được mô hình của hộp chạy dao máy tiện (Hình 3.20)

25

Bánh răng Bánh răng Trục Bánh răng

Hình 3.11 Cụm trục số 3

Hình 3.12 Mô hình cụm trục số 3

26

Bánh răng Bánh răng Trục

Hình 3.13 Cụm trục số 6

Hình 3.14 Mô hình cụm trục số 6

27

Bánh răng ống l ót Bánh răng đầu nối Trục

Hình 3.15 Cụm trục số 7

Hình 3.16 Mô hình cụm trục số 7

28

Bánh răng Bánh răng Trục Bánh răng trong

Hình 3.17 Cụm trục số 8

Hình 3.18 Mô hình cụm trục số 8

29

Hình 3.19 Mô hình lắp toàn bộ

30

Hình 3 20.a Mô hình lắp ráp hộp chạy dao máy tiện – hướng nhìn 1

Hình 3.20.b Mô hình lắp ráp hộp chạy dao máy tiện – hướng nhìn 6

31

Hình 3.20.c Mô hình lắp ráp hộp chạy dao máy tiện 2D

3.1.2 Mô phỏng nguyên lý hoạt động

Để mô phỏng nguyên lý hoạt động, vào môi trường Dynamic Simulation, tiến hành các bước mô phỏng xây dựng video mô phỏng nguyên lý hoạt động của hộp chạy dao máy tiện (hình 3.21)

Hình 3.21 Môi trường Dynamic Simulation

+ Nắm vững được nguyên lý hoạt động của máy tiện

+ Tính toán được lượng chạy dao của máy tiện

+ Hiểu được cách thay đổi lượng chạy dao của máy tiện

+ Hiểu được cấu tạo hộp chạy dao máy tiện

+ Tìm hiểu được kết cấu các vị trí ổ đỡ, bánh răng di trượt

3.2.2 Khi không sử dụng mô phỏng

Khi không sử dụng mô phỏng, giảng dạy bằng hình ảnh như hình 3.22, và phải giải thích trên hình để người học khó nắm bắt được các yêu cầu như trên mục giả thiết

Tìm hiểu cấu tạo hộ tốc độ thông qua bản vẽ như hình 3.23 Với cách chỉ sử dụng hình vẽ, để giải thích cho người học thì việc hiểu được sâu hộp tốc độ máy tiện là một việc rất khó khăn, vì bản vẽ phức tạp và số lượng hình vẽ lớn, hình vẽ phân tán, và là bản vẽ 2D, do vậy việc giải thích đòi hỏi sự tỷ

mỷ cũng như yêu cầu một khả năng tưởng tượng tốt của người học Như vậy cần

có một hình ảnh trực quan sinh động và có thể tạo các hình động để có thể cho người dạy cũng như người học dễ dàng hiểu rõ cấu tạo cũng như nguyên lý hoạt động của máy